新型高效水泥助磨劑

新型高效水泥助磨劑----------------目錄水泥助磨劑的應(yīng)用背景水泥粉磨工藝簡介水泥助磨劑簡介水泥助磨劑的研究成果水泥助磨劑的應(yīng)用背景

水泥工業(yè)是支撐社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)原材料工業(yè)

水泥與混凝土是建筑工程和各種構(gòu)筑物不可或缺的基礎(chǔ)材料，其用途廣、用量大、性能穩(wěn)定且耐久，在未來數(shù)十年中仍將具有不可取代的重要地位。18.68億排放約11.52億噸CO2耗能巨大

水泥生產(chǎn)過程中粉磨工序消耗的能量很高，而能量的利用率又極低，導(dǎo)致每年水泥生產(chǎn)能耗很大。11.52億電耗約為1868億度助磨劑的作用防止粉體團(tuán)聚，有效減弱或防止“包球”提高水泥粉磨效率（10%-20%）改善水泥質(zhì)量，提高產(chǎn)品檔次提高粉煤灰、礦渣等廢棄物的利用率使水泥工業(yè)由污染型向環(huán)保型轉(zhuǎn)化降低水泥生產(chǎn)成本，節(jié)約能源使用助磨劑在現(xiàn)代水泥工業(yè)中，水泥助磨劑已經(jīng)成為水泥生產(chǎn)中提高粉磨效率、降低粉磨電耗、改善水泥性能、降低生產(chǎn)成本的有效措施之一。二、水泥粉磨工藝簡介水泥生產(chǎn)工藝：兩磨一燒：生料的粉磨、鍛燒和水泥終粉磨。粉磨設(shè)備：主要為：球磨機(jī)隨著水泥工業(yè)生產(chǎn)大型化的發(fā)展以及粉磨設(shè)備的不斷研發(fā)，逐漸使用輥壓機(jī)、聯(lián)合粉磨、立磨等新型粉磨設(shè)備。球磨機(jī)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備投資小；出磨水泥的粒徑分布較好，粒形較好，有利于水泥的水化。缺點(diǎn)：能耗太大，所消耗能量很少的一部分(0.6～1%)用于增加物料的比表面積；粉磨過程中由于靜電作用，易發(fā)生糊球現(xiàn)象，影響水泥的產(chǎn)量和質(zhì)量。

在改善粉磨工藝的基礎(chǔ)上，解決球磨機(jī)缺點(diǎn)的最佳措施之一：添加水泥助磨劑水泥助磨劑簡介助磨劑定義：《GB/T667-2004水泥助磨劑》標(biāo)準(zhǔn)中，其定義明確為：在水泥粉磨過程時加入的起助磨作用而不損害水泥性能的外加劑，其加入量不超過水泥質(zhì)量的1.0%?！禛B175-2007通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)中將助磨劑的允許摻量改為不超過水泥質(zhì)量的0.5%，同時增加水泥中氯離子含量≤0.06%的要求，其目的是為了規(guī)范我國助磨劑的生產(chǎn)和質(zhì)量，保證最終的工程質(zhì)量。粉磨作用機(jī)理粉磨是能量積聚過程；粉磨過程中顆粒處于亞穩(wěn)高能狀態(tài)，顆粒與顆粒易于聚合而成為大顆粒。

阻礙細(xì)粉磨有以下三種形式（相）：包球、襯墊coating;附聚aggregation;聚結(jié)agglomeration;

在包球、襯墊階段，由于不飽和價鍵力的作用，使顆粒粘附在筒體、研磨體上，使物料自由流動減少，襯墊削弱了粉碎作用，可以通過加入助磨劑（表面活性劑）來消除包球現(xiàn)象。

顆粒在比較弱的引力作用下結(jié)團(tuán)——附聚體，松散的，小顆?；ハ喔街皇墙Y(jié)合，添加表面活性劑可將其分散；（aggregation）顆粒在比較強(qiáng)的化學(xué)鍵作用下結(jié)合為整體——聚結(jié)體，緊密的聯(lián)合體，結(jié)晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了變化，此時不能用表面活性劑來分散，只能等它生長到一定尺寸以后再度被粉碎；（agglomeration）粉碎是一種可逆過程，當(dāng)正反兩過程的速度相等時，便達(dá)到粉碎平衡。添加助磨劑可以延緩顆粒的聚結(jié)，提高粉碎效率，使粉碎朝著預(yù)定目標(biāo)進(jìn)行。

粉碎、微細(xì)化大顆粒

小顆粒聚結(jié)、粗大化

為了減少或延阻聚結(jié)，可以通過吸附的辦法，即加入少量表面活性劑，例如：胺鹽、乙二醇、工業(yè)醇來使聚結(jié)減慢。有時水蒸汽也能使聚結(jié)減慢；在水泥粉磨中噴入水蒸氣，起到冷卻作用，因而使聚結(jié)減慢；另方面是由于水蒸氣的解聚效應(yīng)，（水實際是一種助磨劑，極性分子，故濕法粉磨效率較干法粉磨高），除此之外，水蒸氣可以使電收塵器更有效。附聚和聚結(jié)階段：

助磨劑的作用機(jī)理（假說）

助磨劑能夠強(qiáng)化粉磨，作用機(jī)理非常復(fù)雜，盡管國內(nèi)外對此進(jìn)行了大量的研究,但是還沒有統(tǒng)一的結(jié)論，提出了不同的觀點(diǎn)。國外列賓捷爾（Rehbinder）的強(qiáng)度削弱理論和馬杜里（Mardulier）的顆粒分散理論是助磨劑起助磨作用機(jī)理的經(jīng)典學(xué)說，形成于上世紀(jì)三十年代和五十年代。列賓捷爾（Rehbinder）強(qiáng)度削弱理論：助磨劑吸附在顆粒表面上，繼而能夠滲入顆粒固有裂縫及在外力下新形成的裂縫，擴(kuò)大這些裂縫，并阻止裂縫復(fù)合，改變顆粒表面的結(jié)構(gòu)，降低了顆粒的強(qiáng)度和硬度，使得顆粒更易破碎，提高了粉碎效率。馬杜里（Mardulier）的顆粒分散理論：物料的粉碎在于表面吸附活性劑之后改變了分散顆粒之間和研磨介質(zhì)之間的相互作用。表現(xiàn)為粘附性的減少、降低了顆粒和研磨介質(zhì)之間的粘附現(xiàn)象，使物料流動性好。粘附性減少的原因是活性劑降低了介電常數(shù)。助磨劑作為表面活性劑，對顆粒表面的電荷起平衡作用，可以顯著減小或消除顆粒間的粘附和團(tuán)聚，增加了顆粒的流動性，提高粉磨效率。在國外研究的基礎(chǔ)上，國內(nèi)各研究單位及高校也對助磨劑的作用機(jī)理進(jìn)行了探索和研究，取得了有益的結(jié)論。但是國內(nèi)也有幾種不同的說法，還是沒有得到統(tǒng)一的理論，從不同方面對助磨劑的機(jī)理進(jìn)行了闡述。主要有吸附降低硬度學(xué)說、粉體流變學(xué)調(diào)節(jié)理論、材料斷裂機(jī)理學(xué)說、斷裂價鍵理論、薄膜假說幾種不同的觀點(diǎn)。助磨劑在水泥顆粒表面和斷裂面上的吸附示意圖助磨劑吸附在水泥顆粒裂縫表面(剛形成的裂縫分別帶相反的電荷)，中和電荷。助磨劑的助磨作用方式助磨劑吸附在水泥顆粒表面后使顆粒表面產(chǎn)生相同符合的電荷，引起排斥力而使顆粒分散開。顆粒表面吸附有高分子表面活性劑時，它們在相互接近時產(chǎn)生排斥作用，可使粉體分散體更加穩(wěn)定，不發(fā)生團(tuán)聚，這就是高分子表面活性劑的空間位阻作用。助磨劑的分類助磨劑種類繁多、助磨效果差異很大，應(yīng)用較多的就有百余種。水泥助磨劑一般按使用時的狀態(tài)進(jìn)行分類：固體、液體和氣體三種。常見固體和液體兩種，國內(nèi)應(yīng)用較多的以液體為主。按水泥工藝分類類別種類助磨劑的組成和名稱單一物質(zhì)的助磨劑有機(jī)助磨劑三乙醇胺、三異丙醇胺、醋酸銨、乙二醇、甘油、丙二醇、丁醇等無機(jī)助磨劑煤、石油、焦炭、石膏等復(fù)合助磨劑復(fù)合助磨劑有機(jī)物的混合物、有機(jī)物與無機(jī)物的混合物合成型助磨劑有機(jī)改性助磨劑和高分子合成助磨劑一般以有機(jī)改性成分為主體進(jìn)行復(fù)合；高分子合成助磨劑可單獨(dú)使用，也有復(fù)合使用乙二醇（EG）丙二醇（PG）甘油（GLY）2,3-丁二醇（23BD）1,2-己二醇（12HD）

部分小分子化合物的分子結(jié)構(gòu)

新型高效水泥助磨劑的特性1.復(fù)合型水泥助磨劑具有較多的功能基團(tuán)，是一些助磨單體的有效組合，其組分大體分為有機(jī)成分和無機(jī)成分，屬于有機(jī)成分的主要有醇胺類化合物、多元醇、聚羧酸鹽、木質(zhì)素磺酸鹽等。復(fù)合型水泥助磨劑不是助磨單體的簡單混合，而是這些助磨單體的相互協(xié)同作用，復(fù)合助磨劑的功能較成分單一助磨劑性能效果有較大的提升，被廣泛應(yīng)用于水泥粉磨工業(yè)中。國內(nèi)應(yīng)用較多的復(fù)合型助磨劑摻量多為0.1%、0.03%等。傳統(tǒng)的以三乙醇胺為主的復(fù)合型助磨劑存在一些缺陷，如：與混凝土外加劑適應(yīng)性不好；復(fù)配助磨劑主要成分以三乙醇胺等為主，成本高;助磨性能不穩(wěn)定，用量敏感；大部分助磨劑含鹽量大，對生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)耐久性水泥有害；功能單一；部分液體助磨劑中含有尿素、氨水等有害易揮發(fā)性物質(zhì)。

在這種背景下，新型高效的水泥助磨劑的研發(fā)得到重視。2.合成型水泥助磨劑合成型水泥助磨劑以醇胺類的改性物為主，用于改性的化合物主要是一些小分子物質(zhì)，這些化合物的價格較便宜，在很大程度上降低了水泥助磨劑的成本。助磨劑生產(chǎn)時采用特定的合成工藝，按照一定的配比進(jìn)行醚化、酯化以及一些更為復(fù)雜的反應(yīng)。實驗及大磨應(yīng)用證明：合成型助磨劑效果穩(wěn)定，對摻量的變動不敏感，能夠保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。在助磨劑復(fù)配中，可以部分替代三乙醇胺等物質(zhì)，在部分配方中甚至已經(jīng)全部取代，取得較好的效果。合成型水泥助磨劑將是以后水泥助磨劑發(fā)展的一個有力方向。3.高分子水泥助磨劑高分子助磨劑依靠其表面活性分散性能和功能基團(tuán)的作用達(dá)到對水泥顆粒的粉磨分散及水化誘導(dǎo)作用，其應(yīng)用性能穩(wěn)定。高分子助磨劑將各功能基團(tuán)組合到分子鏈結(jié)構(gòu)中，其助磨效果較復(fù)配的助磨劑又有跨越式的提升。合成的高分子助磨劑一般有效摻量低，助磨增強(qiáng)作用明顯，有一個合適的摻量范圍，其摻量波動對水泥性能影響不大，可以更好保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行。高分子合成助磨劑成本低、性能好、綜合效益高，具有最廣闊的應(yīng)用前景。ZK-RJD合成型水泥助磨劑的試驗研究分別選取三乙醇胺（TEA）、甘油、ZK-RJD-Ⅰ型（助-A）、ZK-RJD-Ⅱ型（助-B）、ZK-RJD高分子水泥助磨劑（助-C）在相同條件下粉磨同一種水泥，助磨劑摻量定為0.03%。檢測項目基準(zhǔn)TEA甘油助-A助-B助-C細(xì)度（45um篩余%）13.57.96.87.79.78.8比表面積（m2/kg）417.69416.36435.36417.88430.19430.96相對于空白水泥，各助磨劑都表現(xiàn)出一定的助磨性能。從表中數(shù)據(jù)分析，在改善細(xì)度和增加比表面積方面的作用大小分別是：甘油＞助C＞助B＞助A＞TEA＞空白。高分子助磨劑C和合成型助磨劑B在助磨方面表現(xiàn)出良好的助磨性，其性能明顯優(yōu)于TEA和空白，尤其是在比表增加方面。助磨劑標(biāo)準(zhǔn)稠度（%）凝結(jié)時間（min）安定性初凝終凝空白28.04155215合格TEA28.04150222合格甘油28.41153205合格助-A28.59143194合格助-B28.41151201合格助-C28.04153198合格從表中可以看出，與空白水泥相比，摻加水泥助磨劑后，出磨水泥的初凝時間基本無變化，終凝時間稍有縮短，但在正常的凝結(jié)時間范圍內(nèi)。摻加水泥助磨劑的水泥產(chǎn)品的用水量與基準(zhǔn)水泥相比，基本無變化，用水量基本處于同一水平。這說明，摻加的水泥助磨劑對水泥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的影響不大。摻加水泥助磨劑后，水泥的安定性也合格。助磨劑＜3μm3-32μm32-65μm≥65μm≥80μm空白4.9157.6833.673.740.63TEA3.7259.7432.563.970.92甘油4.6762.4331.731.170.05助-A3.9563.3831.051.620.11助-B5.0862.2431.501.190.03助-C4.9162.8631.390.840.01從表中可知，與空白相比，加入助磨劑后，水泥的粒度分布有顯著的改善，尤其是甘油、助-A、助C發(fā)揮出卓越的助磨功效，使粉磨粒徑大大細(xì)化，表現(xiàn)出優(yōu)異的效果，這與所測強(qiáng)度的發(fā)展是一致的。合成型助磨劑及高分子助磨劑具有較好的助磨效果，對水泥熟料粉磨的改善方面是非常優(yōu)異的尤其是合成型的。與空白水泥相比，摻加助磨劑后水泥砂漿的3d和28d強(qiáng)度發(fā)展都較基準(zhǔn)砂漿有明顯的優(yōu)勢，水泥的強(qiáng)度大幅提高。摻加ZK-RJD-Ⅰ型合成型助磨劑效果最好，相對于空白，3d和28d抗壓強(qiáng)度分別提5.84MPa和8.22MPa，強(qiáng)度發(fā)展明顯優(yōu)于摻加TEA的水泥強(qiáng)度發(fā)展。高分子助磨劑助C和甘油對水泥強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不是很明顯，但也優(yōu)于空白。結(jié)語隨著我國水泥行業(yè)